CN104749889A - 紫外led曝光头 - Google Patents

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尹韶云
孙秀辉
杜春雷
吴鹏
杨正
史浩飞
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Abstract

本发明提供了一种紫外LED曝光头。紫外LED曝光头，包括：依次设置的紫外LED光源模组、蝇眼透镜匀化系统、准直场镜系统和目标面，紫外LED光源模组发出的紫外光经过蝇眼透镜匀化系统的积分匀化后，经过准直场镜系统的准直处理后平行于光轴射出并在目标面上形成均匀光强的分布。本发明采用多个紫外LED构成的紫外LED光源模组作为光源，并采用蝇眼透镜匀化系统和准直场镜系统解决了紫外LED光源模组发散角大的问题。由于LED具有效率高、寿命长的特点，因而，解决了现有技术中汞灯曝光机存在的能耗高、易损坏、不安全等问题，具有结构简单、成本低的特点。

Description

紫外LED曝光头
技术领域
本发明涉及微电子、微纳光子器件制备等微纳加工领域，特别涉及一种紫外LED曝光头。
背景技术
在微电子、微光学等微纳加工领域，紫外平行光曝光机是实现高精度加工复制的重要装备。近年来，随着平面显示、触控等消费类电子产品的发展，平行光曝光机的需求量逐年增加。
平行光曝光机是通过平行光将掩膜上的图形等尺寸的转移到掩膜下面的菲林上，然后再通过腐蚀或者刻蚀，将菲林上的图形转移到基片上，完成产品的制作。为实现高的加工精度，平行光曝光机采用了350nm-410nm之间紫外线作为照明光源。同时要求照明光具有较高的平行度（小于±2.5°），这样使得光线经过电路掩模后不会很快扩散，可以很好的保证加工精度。平行光曝光机已经成为目前微电子电路制造的关键设备。但是目前的平行光曝光机都是基于汞灯作为光源，汞灯产生的光谱比较复杂，包含很多条谱线，并且还有大量的红外辐射，效率非常低。另一方面，汞灯的寿命都非常短，一般只有800小时，而大功率的汞灯价格都在几万元人民币，导致生产成本很高。
UV-LED具有效率高、寿命长和谱线窄等优点，是替换汞灯的理想光源。然而，单个UV-LED灯珠光功率很低，要达到与汞灯相当的功率密度，需要多个灯珠进行同时工作。而目前UV-LED的发散角很大，并且多个灯珠排布的点阵属于面光源，能量很难有效利用。
发明内容
本发明的目的是提供一种紫外LED曝光头，以解决现有技术在微电子制造领域，汞灯曝光机存在的能耗高，易坏不安全等问题。
为解决上述技术问题，作为本发明的一方面，提供了一种紫外LED曝光头，包括：依次设置的紫外LED光源模组、蝇眼透镜匀化系统、准直场镜系统和目标面，紫外LED光源模组发出的紫外光经过蝇眼透镜匀化系统的积分匀化后，经过准直场镜系统的准直处理后平行于光轴射出并在目标面上形成均匀光强的分布。
进一步地，紫外LED光源模组包括紫外LED灯珠阵列和自由曲面LED透镜，其中，自由曲面LED透镜设置在紫外LED灯珠阵列的靠近蝇眼透镜匀化系统的一侧，用于对紫外LED灯珠阵列发出的紫外线进行配光，以将紫外LED灯珠阵列发出的光线收窄到预定的角度。
进一步地，紫外LED灯珠阵列是由紫外LED灯珠按正六边形方式排布而成的。
进一步地，紫外LED灯珠阵列的中心波长为365nm-405nm。
进一步地，蝇眼透镜匀化系统包括多个蝇眼透镜，多个蝇眼透镜以正六边形或平方点阵方式排布。
进一步地，准直场镜系统使经过其的光线在小于5度的准直角度出射，并在目标面上的均匀度达到93%。
进一步地，蝇眼透镜由光学石英制成。
进一步地，紫外LED光源模组还包括控制部，与紫外LED灯珠阵列电连接。
进一步地，紫外LED光源模组还包括：散热鳍片和风扇。
本发明采用多个紫外LED构成的紫外LED光源模组作为光源，并采用自由曲面准直透镜对紫外LED出射的光线进行初步准直，同时采用蝇眼透镜匀化系统和准直场镜系统解决了紫外LED光源模组强度分布不均匀和发散角大的问题，实现高均匀度和高平行度的光线出射。由于LED具有效率高、寿命长的特点，因而，解决了现有技术中汞灯曝光机存在的能耗高、易损坏、不安全等问题，具有结构简单、成本低的特点。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是紫外LED灯珠阵列的一个实施例的排布示意图。
图3是蝇眼透镜阵列的一个实施例的排布示意图。
图中附图标记：1、紫外LED光源模组；2、蝇眼透镜匀化系统；3、准直场镜系统；4、目标面；5、紫外LED灯珠阵列；6、自由曲面LED透镜；7、控制部。
具体实施方式
作为本发明的一个方面，请参考图1，提供了一种紫外LED曝光头，包括：依次设置的紫外LED光源模组1、蝇眼透镜匀化系统2、准直场镜系统3和目标面4，紫外LED光源模组1发出的紫外光经过蝇眼透镜匀化系统2的积分匀化后，经过准直场镜系统3的准直处理后平行于光轴射出并在目标面4上形成均匀光强的分布。优选地，准直场镜系统3是由一个大透镜或者一组透镜组成，例如，是一个平凸透镜。特别地，紫外LED光源模组1的尺寸在120mm*120mm*5mm。
本发明采用多个紫外LED构成的紫外LED光源模组作为光源，并采用自由曲面准直透镜、和准直场镜系统解决了紫外LED光源模组发散角大的问题。同时采用蝇眼透镜匀化系统，解决了LED光强度分布不均匀的问题。由于LED具有效率高、寿命长的特点，因而，解决了现有技术中汞灯曝光机存在的能耗高、易损坏、不安全等问题，具有结构简单、成本低的特点。
优选地，紫外LED光源模组1包括紫外LED灯珠阵列5和自由曲面LED透镜6，其中，自由曲面LED透镜6设置在紫外LED灯珠阵列5的靠近蝇眼透镜匀化系统2的一侧，用于对紫外LED灯珠阵列5发出的紫外线进行配光，以将紫外LED灯珠阵列5发出的光线进行初步的准直，使其收窄到预定的角度。优选地，紫外LED灯珠阵列5在基板上的排布为图2所示的六边形。
本曝光头采用了自由曲面LED透镜6，使整个平行光曝光机的光路发生了大的改变，并且突破了精确配光与精密制造两个关键技术，获得了世界上首个实用化的UV-LED曝光机系统。
优选地，紫外LED灯珠阵列5是由紫外LED灯珠按正六边形方式排布而成的。
优选地，紫外LED灯珠阵列5的中心波长为365nm-405nm。
优选地，蝇眼透镜匀化系统2包括多个蝇眼透镜，多个蝇眼透镜以正六边形或平方点阵方式排布。优选地，蝇眼透镜由光学石英制成。优选地，蝇眼透镜的口径为4mm，厚度可以为20-30mm。优选地，这些蝇眼透镜按每行交错排布的方式，形成如图3所示的六边形点阵。
优选地，准直场镜系统3使经过其的光线在小于5度的准直角度出射，并在目标面4上的均匀度达到93%。
优选地，紫外LED光源模组1还包括控制部7，与紫外LED灯珠阵列5电连接。
优选地，紫外LED光源模组1还包括：散热鳍片和风扇。特别地，散热鳍片和风扇尺寸在150mm*150mm*50mm以内。

Claims (9)

1.一种紫外LED曝光头，其特征在于，包括：依次设置的紫外LED光源模组（1）、蝇眼透镜匀化系统（2）、准直场镜系统（3）和目标面（4），所述紫外LED光源模组（1）发出的紫外光经过所述蝇眼透镜匀化系统（2）的积分匀化后，经过所述准直场镜系统（3）的准直处理后平行于光轴射出并在所述目标面（4）上形成均匀光强的分布。
2.根据权利要求1所述的紫外LED曝光头，其特征在于，所述紫外LED光源模组（1）包括紫外LED灯珠阵列（5）和自由曲面LED透镜（6），其中，所述自由曲面LED透镜（6）设置在所述紫外LED灯珠阵列（5）的靠近所述蝇眼透镜匀化系统（2）的一侧，用于对所述紫外LED灯珠阵列（5）发出的紫外线进行配光，以将所述紫外LED灯珠阵列（5）发出的光线收窄到预定的角度。
3.根据权利要求2所述的紫外LED曝光头，其特征在于，所述紫外LED灯珠阵列（5）是由紫外LED灯珠按正六边形方式排布而成的。
4.根据权利要求2所述的紫外LED曝光头，其特征在于，所述紫外LED灯珠阵列（5）的中心波长为365nm-405nm。
5.根据权利要求1所述的紫外LED曝光头，其特征在于，所述蝇眼透镜匀化系统（2）包括多个蝇眼透镜，所述多个蝇眼透镜以正六边形或平方点阵方式排布。
6.根据权利要求1所述的紫外LED曝光头，其特征在于，所述准直场镜系统（3）使经过其的光线在小于5度的准直角度出射，并在所述目标面（4）上的均匀度达到93%。
7.根据权利要求5所述的紫外LED曝光头，其特征在于，所述蝇眼透镜由光学石英制成。
8.根据权利要求2所述的紫外LED曝光头，其特征在于，所述紫外LED光源模组（1）还包括控制部（7），与所述紫外LED灯珠阵列（5）电连接。
9.根据权利要求1所述的紫外LED曝光头，其特征在于，所述紫外LED光源模组（1）还包括：散热鳍片和风扇。
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